行の研究テーマ(48

バイオ材料とナノテクノロジーに基づくセンサ・電子デバイスの開発

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特徴・独自性
  • エレクトロニクス分野で培われてきた技術を応用して、健康で安全な社会を発展させ、私たちの生活の質を高めるようなデバイスの開発研究を進めています。例えば、半導体のセンサインターフェイスとしての特性を、薬物検出やスクリーニングアッセイなどの生化学・医療用途に利用する研究や、生きた細胞を使って神経回路を作り上げ、脳の機能解析を支援する新規技術の開発を進めています。
実用化イメージ

シリコンチップ上に形成した人工細胞膜にイオンチャネルタンパク質を埋め込むと、極限まで規定された環境下でその機能や薬理応答を調べることができます。この技術は、新薬候補化合物の高感度な迅速検出法につながります。

研究者

電気通信研究所 人間・生体情報システム研究部門 ナノ・バイオ融合分子デバイス研究室

平野 愛弓  

Ayumi Hirano

バイオスティミュラントの探索

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概要

農薬成分の使用範囲は厳しくなる一方であるにもかかわらず,作物の効率生産を求められている.本研究室ではイオン輸送体(イオンチャネル・トランスポーター)を標的とする調節剤を探索して,植物の耐環境性や成長を促すバイオスティミュラントや環境にやさしい農薬の候補化合物の同定と生産をめざしています.

従来技術との比較

従来の農薬を代替する植物の耐環境性を強化する化合物

特徴・独自性
  • 農薬の代替であるバイオスティミュラントの開発を行う.植物の活性を調節するイオン輸送体などを標的分子とする化合物を探索する.植物に,耐乾燥性,耐塩性,光合成機能の向上,成長調節機能の人為的な強化をめざす.
実用化イメージ

候補化合物を,化学,農薬,食品,資材業界の専門家の協力と連携によって,より高性能で田畑で効果のあるバイオスティミュラントや天然の農薬として発展させることができればと思っています.

研究者

大学院工学研究科 バイオ工学専攻 生体機能化学講座(応用生物物理化学分野)

魚住 信之  

Nobuyuki Uozumi

バイオ燃料生産に適したイネの開発研究

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特徴・独自性
  • セルラーゼ遺伝子を用いたバイオ燃料生産に適したイネの開発研究を行っている。収穫前にセルラーゼを高発現させ細胞壁の部分分解を行えば、収穫後の稲わらの糖化性が向上するのではないかと考えた。まず、セルラーゼを恒常的に高発現するイネを作成したところ、稲わらの糖化性が向上したが、形態異常や不稔が観察された。そこで、老化時期特異的にセルラーゼを高発現させたところ、形態や稔性は正常で稲わらの糖化性が向上した。
実用化イメージ

未利用稲わらをバイオマスとして有効利用できる。この技術は他の植物に応用可能である。また、改良されている前処理や糖化・発酵微生物と組み合せることによりさらにバイオ燃料生産の効率化が図れる。

研究者

大学院農学研究科 生物生産科学専攻 植物生命科学講座(環境適応植物工学分野)

伊藤 幸博  

Yukihiro Ito

new海洋・畜産バイオマスからエネルギー変換用炭素触媒を実現

概要

ホヤ殻由来セルロースと乾燥血粉を混合して焼成することで、酸素還元、酸素発生、水素発生用電気化学触媒能を持つカーボンアロイ触媒を合成。水電解や燃料電池、金属空気電池の電極触媒として応用可能。

従来技術との比較

白金代替触媒として開発されてきたカーボンアロイ触媒は従来合成有機化合物を焼成して得られる。本発明によれば高い触媒活性を持つカーボンアロイ触媒をバイオマスから合成できる。

特徴・独自性
  • ホヤ殻に含まれるセルロースナノファイバー(CNF)の炭化による炭素と血液中に含まれる鉄・窒素・リンなどが複合化された「ナノ血炭」を初めて合成。
  • 炭素の導電性とヘテロ元素の触媒活性により、レアメタルを用いた電極触媒に迫る酸素還元反応・酸素発生反応触媒活性を持つ両性電極触媒を実現。
  • 三陸地域の課題となっていた産業廃棄物の活用と、エネルギー循環社会に資する次世代エネルギーデバイス用高性能触媒材料の合成によりSDGsに貢献。
実用化イメージ

水電解や燃料電池などの水素システム、金属空気電池などのエネルギー貯蔵デバイス用のレアメタル代替電極触媒として活用できる。

研究者

高等研究機構材料科学高等研究所 デバイス・システムグループ

藪 浩  

Hiroshi Yabu

バイオミメティック材料・自己組織化

特徴・独自性
  • 当研究室では、㈰生物から得られたヒント(材料デザイン)を基に、㈪ナノ材料や機能性高分子などの合成物を、㈫自己組織化や自己集合という低エネルギープロセスで形作ることで、生物に学び(Biomimetic)、生物と融合し(Biohybrid)、最終的には人工材料と生物デザインにより生物を超える(Metabio)材料の作製を目指しています。
実用化イメージ

細胞培養・分離・イムノアッセイ等のバイオ分野、構造材料・接着材料等の高分子分野、ナノ粒子等のナノ材料分野、燃料電池・金属空気電池等のエネルギー分野の企業との産学連携

研究者

高等研究機構材料科学高等研究所 デバイス・システムグループ

藪 浩  

Hiroshi Yabu

培養筋細胞を運動させる

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特徴・独自性
  • 培養ディッシュ上で活発に収縮活動する培養筋細胞系を作製しました。既存の培養系で得られる培養筋細胞は、収縮能力が全く未熟であるため、代謝能力も貧弱で、マイオカイン分泌もありませんでした。「運動できる培養筋細胞」を利用することによって、これまで動物実験に依存していた骨格筋の研究を培養細胞系へと移行させることが可能になります。
実用化イメージ

筋肉細胞とその運動効果を治療標的とした新たな薬剤の探索が飛躍的に加速されるものと期待されます(2型糖尿病治療・筋萎縮予防・運動効果の増強・筋の健康維持を促す薬剤のスクリーニングなど)。

研究者

大学院医工学研究科 医工学専攻 生体機械システム医工学講座(病態ナノシステム医工学分野)

神崎 展  

Makoto Kanzaki

薄膜・界面に発現する多様な物性の開拓と応用展開

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特徴・独自性
  • 真空プロセスを介した薄膜化技術を用いて各種物質の薄膜化や界面形成を行い、それら試料における機能の探索や物性開拓の基礎研究を行っています。新しい物質群の薄膜や界面の形成は工学的な側面から将来的な利用に欠かせません。また、薄膜や界面で発現する物性を機能として利用しようとする際、理学的な側面で理解を進めることも大切と考えています。そうした多角的な視野で薄膜と界面を活用する素子の開発に取り組んでいます。
実用化イメージ

最近では、磁気素子、半導体接合素子、超伝導接合素子、トポロジカル物質群の薄膜化などの研究を進めていますので、それらに関連する素子開発の共同研究。

研究者

金属材料研究所 理研・物理学専攻金属物理学講座

塚﨑 敦  

Atsushi Tsukazaki

破骨細胞が関与する疾患の予防剤又は治療剤

特徴・独自性
  • 我々は破骨細胞の活性を指標としたライブラリースクリーニングの研究により、ニコチン性アセチルコリン受容体(nAChR)の阻害薬が破骨細胞分化を抑制することを明らかにし、その中でも特にα7-nAChRの拮抗作用をもつmethyllycaconitine(MLA)等の選択的拮抗薬が、破骨細胞分化を効果的に抑制することを見出した。本発明は、この知見に基づき完成されたものであり、破骨細胞分化抑制剤、破骨細胞による骨吸収抑制剤、骨再生促進剤、及び骨吸収性疾患の予防又は治療剤、並びに破骨細胞分化促進剤、及び破骨細胞の機能低下に起因する疾患の予防又は治療剤等を提供する。
実用化イメージ

本発明は、破骨細胞分化を制御する受容体(α 7-nAChR)をターゲットとした強い特異的効果をもつ新薬に繋がる可能性が期待される。今後、α7-nAChRの選択的拮抗薬が、骨粗鬆症、関節リウマチにおける骨吸収を阻害する薬剤の開発に多大な貢献をすることが期待される。また、歯科では、歯周病における炎症性骨吸収の治療薬や、抜歯後の歯槽骨吸収を抑制する治療に貢献する可能性が考えられる。

研究者

大学院歯学研究科 歯科学専攻 リハビリテーション歯学講座(分子・再生歯科補綴学分野)

江草 宏  

Hiroshi Egusa

発火や破裂の危険が少ない安全な電池の実現に貢献する

概要

小さな力で容易に伸縮する高分子電解質
https://www.t-technoarch.co.jp/data/anken/T19-753.pdf

従来技術との比較

従来の有機電解質は発火の危険があった。一方高分子化することで固体電解質化した高分子電解質はイオン伝導性が低かった。

特徴・独自性
  • 室温で10-4 S/cmクラスのLiイオン伝導度を持つ高分子電解質の合成に成功。
  • ミクロンサイズの多孔膜と光架橋性ポリエチレングリコール(PEG)の複合化により室温での高い性能発現とLiイオンの拡散を制御。
  • 広い電位窓(4.7 V)と高いLiイオン輸率(0.39)を実現。
  • 多孔膜を電解質中に形成することでデンドライト形成の抑止効果にも期待。
実用化イメージ

Liイオン電池用の安全な電解質として利用可能。

研究者

高等研究機構材料科学高等研究所 デバイス・システムグループ

藪 浩  

Hiroshi Yabu

犯罪予防の促進要因の検討

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特徴・独自性
  • 犯罪者は誰を狙い、どこで犯行に及ぶのでしょうか。また、犯罪の被害に遭わないようにするためには、我々はどのようなことを心掛け、どのような場所を避けると良いのでしょうか。あるいは、環境を整えることで犯罪を防ぐことは可能なのでしょうか。こうした点を心理学的な手法を用いて研究し、犯罪からの安全や安心を目指すための方策を考えています。
実用化イメージ

犯罪からの安全や安心だけではなく、社会全般の安全・安心を提供するような様々な業界との産学連携を想定しています。

研究者

大学院文学研究科 総合人間学専攻 心理言語人間学講座(心理学専攻分野)

荒井 崇史  

Takashi Arai

半導体における電気的スピン生成・制御とスピン機能デバイスに関する研究

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特徴・独自性
  • ㈽ -㈸族化合物半導体では電子スピンに内部有効磁場が働く。この効果は、外部磁場の替わりに利用できることから、電気的スピン生成や電気的スピン制御が可能になると期待されている。我々は、㈽-㈸族化合物半導体ヘテロ接合における内部有効磁場を設計し、電気的スピン生成および電気的スピン制御、さらにスピン緩和を完全に抑制することのできる永久スピン旋回状態に関する研究を行っている。また時間分解スピン測定手法を用いることで電子スピン緩和やスピン軌道相互作用の評価に向けた基盤研究にも取り組んでいる。
実用化イメージ

電気的なスピン生成・制御が可能になることで省電力スピン機能デバイスが実現できる可能性がある。また将来半導体産業においてスピン自由度を活用するためにはスピン緩和を抑制しなければならない。この様な技術を活用したい企業や団体との共同研究を希望する。

研究者

大学院工学研究科 知能デバイス材料学専攻 情報デバイス材料学講座(電光子情報材料学分野)

好田 誠  

Makoto Koda

半導体量子構造の伝導特性制御と超高感度NMR

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特徴・独自性
  • GaAs やInSbの量子構造の伝導特性を制御し、核スピンの偏極状態を操作することで、二次元構造やナノ構造に適用できる超高感度NMR技術を確立した。さらに、InSb 量子構造においてアルミナ絶縁膜を用い、理想的なゲート操作を実現した。また、核スピンが感じる雑音特性を周波数依存性も含め測定する一般化された横緩和時間の考え方を提案、実証した。この概念は核スピンを用いるすべての計測に大きな変化をもたらすことが期待される。
実用化イメージ

良好なゲート制御を用いた次世代InSbデバイス。一般化された横緩和時間を利用した様々な核スピン計測、核磁気共鳴。高感度NMR は物性研究への応用が中心であるが、量子情報処理への貢献も見込まれる。

研究者

高等研究機構先端スピントロニクス研究開発センター スピントロニクス基礎研究グループ

平山 祥郎  

Yoshiro Hirayama

非営利組織(NPO)とソーシャル・キャピタル

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特徴・独自性
  • 地域や社会課題の解決や新たな社会的価値の創造を目指して活動しているNPO。NPO には、政府や市場の失敗を補完する役割だけではなく、市民性の創造や、信頼や規範、ネットワークといったソーシャル・キャピタル(社会関係資本)を地域に創出する役割もある。目に見えないソフトな資本であるソーシャル・キャピタルは、持続可能な組織経営にとっても重要性を増してきている。
  • 本研究では、地域や組織におけるソーシャル・キャピタルを測定し、その実態を把握し、NPO との協働や人材育成という視点もふまえて、どのようにソーシャル・キャピタルを創出し活用するかについて、関心のある企業や団体と共同研究を行うことを希望する。
実用化イメージ

研究者

大学院経済学研究科 経済経営学専攻 医療福祉講座

西出 優子  

Yuko Nishide

東アジアにおける仏教建築様式史の再構築と、歴史的建造物および歴史資料の保存・活用研究

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特徴・独自性
  • 建築史学:東アジアにおける禅院の建築と山水を中心とした建築・都市・庭園に関する研究。歴史的建造物調査や、学際的研究会の主催を通した、仏教建築様式史の再構築。
  • 文化財学:歴史的建造物の保存と再生に関する実践的研究。過去の評価と未来への継承 時間・時間のリデザイン。歴史的建造物および歴史資料の、国宝・重要文化財・登録有形文化財としての評価を通した、国益に直結する人文科学的・工学的研究。
実用化イメージ

歴史的建造物および関連する歴史資料を文化財として評価するにあたり、文化庁・奈良文化財研究所・文化財建造物保存技術協会・宮城県・仙台市などの国・県・市の関係諸機関と連携。

研究者

大学院工学研究科 都市・建築学専攻 都市・建築計画学講座(空間文化史学分野)

野村 俊一  

Shunichi Nomura

光を利用した低侵襲治療・診断システムの開発

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特徴・独自性
  • 細く柔軟な光ファイバを内視鏡に挿入して患部にレーザ光を照射する低侵襲治療や、内視鏡を用いて光学的な診断を行うための装置や技術についての研究を行っています。また、これらの治療・診断に用いるための光ファイバとして、通常のガラス光ファイバの他に、強力なレーザ光や幅広い波長の光の伝送が可能な、中空光ファイバと呼ばれる特殊な光ファイバを用いた治療・診断システムの研究開発も行っています。
実用化イメージ

医療機器メーカーをはじめ、本分野への新規参入を検討している電子機器、通信装置、および計測機器メーカーなどが連携先として考えられます。

研究者

大学院医工学研究科 医工学専攻 医療機器創生医工学講座(医用光工学分野)

松浦 祐司  

Yuji Matsuura

卑金属・半金属およびその合金によるオープンセル型ナノポーラス材料の開発

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特徴・独自性
  • ナノポーラス金属は、緻密材に比べて桁違いに大きい表面積を有し、次世代高機能材料として応用が期待されている。その主な作製法として知られる水溶液による脱成分法は、微細・均一な多孔質構造の形成を可能にするが、その形成原理は腐食であり、標準電極電位の高い貴金属において多孔質材料の作製が可能であるが、卑金属では酸化されてしまう。本部門では金属溶湯による簡便な脱成分技術を新たに考案した。この技術によれば、貴・卑に依存せず純金属や合金を多孔質化することが可能で、かつ、無酸素脱成分工程であるために酸化も生じない。従って、これまで作製が困難であった数々の卑金属(Ti、 Ni、 Cr、 Mo、 Fe、Co 等)・半金属元素およびそれらの合金において、オープンセル型ナノポーラス金属材料の開発に成功した。
実用化イメージ

新規電極、触媒、フィルター等に実用が期待できるほか、Niなどの毒性元素を含有する生体金属材料表面からこれを除去する技術としても利用でき、関連企業・団体との共同研究・開発を強く希望する。

研究者

金属材料研究所 物質創製研究部 非平衡物質工学研究部門

加藤 秀実  

Hidemi Kato

ビジュアルサーボ顕微鏡

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特徴・独自性
  • 蛍光顕微鏡は細胞内イオンの定量的可視化や光学顕微鏡の限界を超える観察などに必須の道具である。生物の「行動と神経活動の相関」を計測したい場合、現状では、ターゲットの神経細胞を機械的に固定するか麻酔するかしか方法がない。また、これらの方法では細胞や生物が動かないので、「行動」を計測したことにはならない。私たちは、動く生物を追いかけて神経細胞の活動を蛍光観察する手法を開発した。
実用化イメージ

観察しているターゲット細胞群の蛍光強度を観測しながら、細胞群の動き(3次元移動と変形)を自動でキャンセルする画像処理手法を開発した。「生物の運動」と「動く神経細胞活動」を同時に計測できる技術を活用したい企業との共同研究を希望する。

研究者

大学院情報科学研究科 システム情報科学専攻 知能ロボティクス学講座(知能制御システム学分野)

橋本 浩一  

Koichi Hashimoto

非水浸超音波可視化手法

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特徴・独自性
  • 水と被検査物との間に固体薄膜を挿入し、薄膜と被検査物との界面に負圧力を付与した状態で高周波数超音波を伝達する独自のドライ超音波法を開発しています。当該原理に基づき試作したドライ超音波顕微鏡により、これまで実現されていなかった水非接触下における電子デバイス内部の高分解能可視化に成功しています(図1)。さらに音響整合層として機能する高分子薄膜を挿入することで、従来水没時よりも高画質な内部画像を得ることも可能にしました(図2)。また、超音波が薄膜を通過する際に生じる音響共鳴現象を利用して、高分子フィルムの音響物性値を測定(図3)するなど、薄物材料の高精度な非破壊評価が可能です。この技術を産業界で活用したい企業や団体との共同研究を希望します。
実用化イメージ

研究者

大学院工学研究科 ファインメカニクス専攻 ナノメカニクス講座(材料システム評価学分野)

燈明 泰成  

TOHMYOH Hironori

微生物ゲノム情報を用いた抗菌剤創造薬システム

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特徴・独自性
  • 農業・医療分野の動植物感染菌対策に必要な抗菌剤の開発においては、効率的創薬手法の確立が求められており、我々は微生物ゲノム科学を活用して連続的に新規抗菌剤を創出する新技術体系を確立した。新規創薬パイプラインでは、様々な基準抗真菌剤に対する糸状菌の網羅的な転写応答プロファイル解析から、創薬標的候補遺伝子の機能解析と候補化合物の系統的分別探索に有効な、1)細胞システム毎(エネルギー系、細胞膜生合成系、細胞壁系、細胞骨格系等、シグナル伝達系)のレポーターアッセイ系、2)化合物転写応答-表現型データベースによる統計解析を組み合わせた新剤評価系を構築して産業運用している。現在、化合物探索の共同開発が可能な状態にある。
実用化イメージ

研究者

大学院農学研究科 農芸化学専攻 生物化学講座(応用微生物学分野)

阿部 敬悦  

Keietsu Abe

非接触エネルギー伝送を用いた産業機器・医療機器の開発

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特徴・独自性
  • 独自技術を用いた非接触電力伝送システムを中心に数ワットから数十キロワットクラスの幅広い開発を行っている。産業機器ではモバイル機器を始めEV や工場内搬送装置に至る幅広い対応が可能である。医療機器では人工心臓への電力伝送や、主に四肢不自由者の運動機能再建を目指す機能的電気刺激装置(FES)の開発、がん治療として体内の温度計測を必要としない小型埋込素子を用いたハイパーサーミアの開発を行っている。
実用化イメージ

産業・医療用途共に、独自の信号伝送システムも併せて開発を行い実用化している。

研究者

災害科学国際研究所 レジリエントEICT研究推進部門 レジリエントEICT

松木 英敏  

Hidetoshi Matsuki